2020高考化学冲刺核心素养微专题8化学反应原理综合题解题策略练习含解析 13页

化学反应原理综合题解题策略 ‎1.审题步骤 ‎(1)步骤1:浏览全题,明确已知和所求,挖掘解题切入点。‎ ‎(2)步骤2:①对于化学反应速率和化学平衡图象类试题,读懂图象,明确纵横坐标的含义,理解起点、终点、拐点的意义,分析曲线的变化趋势。‎ ‎②对于图表数据类试题,分析数据,研究数据间的内在联系,找出数据的变化规律,挖掘数据的隐含意义。‎ ‎③对于电化学类试题,首先判断是原电池还是电解池,然后分析电极类别,书写电极反应式,按电极反应式进行相关计算。‎ ‎④对于电解质溶液类试题,要明确溶液中的物质类型及其可能存在的平衡类型,然后进行解答。‎ ‎(3)步骤3:针对题目中所设计的问题,联系相关理论进行逐个作答。‎ ‎2.答题模板 ‎【典例】‎ ‎2019年10月1日‎,中华人民共和国成立70周年阅兵中,由7个型号导弹方队组成的战略打击模块驶过天安门,东风-41导弹方队行进在地面受阅方队的最后。东风-41弹道导弹是中国研发的第四代战略导弹,也是最新的一代。导弹的推进剂分液体推进剂与固体推进剂,东风-41弹道导弹采用最新的固体推进剂。‎ 13‎ ‎(1)液体推进剂主要含有液态肼(N2H4)。已知 ‎①N2(g)+2O2(g)2NO2(g)‎ ΔH=+67.7 kJ· mol-1,‎ ‎②N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)‎ ΔH=-534 kJ· mol-1,‎ 则肼与NO2完全反应的热化学方程式为　。 ‎ ‎(2)无色气体N2O4是一种强氧化剂,为重要的火箭推进剂之一,N2O4与NO2转换的热化学方程式为N2O4(g)2NO2(g)　ΔH=+24.4 kJ· mol-1‎ ‎①将一定量N2O4投入固定容积的真空容器中,下述现象能说明反应达到平衡的是________。 ‎ a.v正(N2O4)=2v逆(NO2)‎ b.体系颜色不变 c.气体平均相对分子质量不变 d.气体密度不变 达到平衡后,保持体积不变升高温度,再次到达平衡时,则混合气体颜色________(填“变深”“变浅”或“不变”),判断理由　__________。 ‎ ‎②平衡常数K可用反应体系中气体物质分压表示,即K表达式中用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数(例如:p(NO2)=p总×x(NO2)。写出上述反应平衡常数Kp表达式________(用p总、各气体物质的量分数x表示)。 ‎ ‎③在一恒温恒容的容器中,发生反应N2O4(g)2NO2(g),下列图象正确的是________。 ‎ ‎④上述反应中,正反应速率v正=k正·p(N2O4),逆反应速率v逆=k逆·p2(NO2),其中 k正、k逆为速率常数,则Kp为________(以k正、k逆表示)。若将一定量N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度298 K、压强100 kPa),已知该条件下k正=4.8×‎ 13‎ ‎104 s-1,当N2O4分解10%时,v正=________kPa·s-1。 ‎ ‎⑤真空密闭容器中放入一定量N2O4,维持总压强p0恒定,在温度为T时,平衡时N2O4分解百分率为a。保持温度不变,向密闭容器中充入等量N2O4,维持总压强在2p0条件下分解,则N2O4的平衡分解率的表达式为________。 ‎ ‎(3)一种以肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。该燃料电池的电极材料采用多孔导电材料,以提高电极反应物在电极表面的吸附量,并使它们与电解质溶液充分接触,以空气中的氧气作为氧化剂,KOH溶液作为电解质。‎ ‎①负极上发生的电极反应为 ___________________________________　; ‎ ‎②电池工作时产生的电流从________电极经过负载后流向________电极(填“左侧”或“右侧”)。 ‎ ‎【审题流程】明确目标套原理,应用基础准确答:‎ ‎【解析】(1)①N2(g)+2O2(g)2NO2(g)‎ ΔH1=+67.7 kJ· mol-1‎ ‎②N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)‎ ΔH2=-534 kJ· mol-1‎ 依据盖斯定律:②×2-①得到:2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g)　‎ ΔH=-1 135.7 kJ· mol-1。‎ ‎(2)①a.应是2v正(N2O4)=v逆(NO2‎ 13‎ ‎)时反应达到平衡状态,故a错误;b.体系颜色不变,说明二氧化氮浓度不变,反应到达平衡状态,故b正确;c.混合气体总质量不变,随反应进行混合气体总物质的量增大,平均相对分子质量减小,当气体平均相对分子质量不变时,反应到达平衡状态,故c正确;d.混合气体的总质量不变,容器的容积不变,气体密度始终不变,故d错误,正反应是吸热反应,其他条件不变,温度升高平衡正向移动,c(NO2)增加,颜色加深。‎ ‎②由题目信息可知,用某组分(B)的平衡压强(PB)表示平衡常数为生成物分压的系数次幂乘积与反应物分压系数次幂乘积的比,‎ N2O4(g)2NO2(g)的平衡常数Kp==。‎ ‎③A.平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,图象不符合,故A错误;B.N2O4的物质的量越大,压强越大,正反应方向进行的程度越小,N2O4的转化率越小,图象符合,故B正确;C.NO2的物质的量越大,压强越大,逆反应方向进行的程度越大,则NO2的百分含量越小,图象不符合,故C错误;D.ΔH与反应方程式中化学计量数成正比,ΔH不随NO2的物质的量的变化而变化,故D错误。‎ ‎④平衡时正逆反应速率相等,由v正=k正·p(N2O4),v逆=k逆·p2(NO2),联立可得Kp=,当N2O4分解10%时,设投入的N2O4为1 mol,转化的N2O4为0.1 mol,则:‎ N2O4(g)2NO2(g)　物质的量增大Δn ‎1 2-1=1‎ ‎0.1 mol 0.1 mol 故此时p(N2O4)=×100 kPa=×100 kPa,则v正=4.8×104 s-1××100 kPa≈3.9×106 kPa·s-1。‎ ‎⑤在温度为T时,平衡时N2O4分解百分率为a,设投入的N2O4为1 mol,转化的N2O4为a mol,则:‎ ‎　　　　　　N2O4(g)2NO2(g)‎ 起始量(mol): 1 0‎ 变化量(mol): a 2a 平衡量(mol): 1-a ‎‎2a 故w(N2O4)=,w(NO2)=,‎ 13‎ 则平衡常数Kp===p0×‎ 保持温度不变,平衡常数不变,令N2O4的平衡分解率为y,则:‎ p0×=2p0×,解得y=。‎ ‎(3)①通入燃料的电极为负极,负极上燃料失电子发生氧化反应,电极反应式为N2H4+4OH--4e-N2+4H2O。②原电池工作时,电流由正极经导线流向负极,则由右侧流向左侧。‎ 答案:(1)2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1 135.7 kJ· mol-1‎ ‎(2)①bc　变深　正反应是吸热反应,其他条件不变,温度升高平衡正向移动,c(NO2)增加,颜色加深 ‎②　③B ‎④　3.9×106　⑤‎ ‎(3)①N2H4+4OH--4e-N2+4H2O　②右侧　左侧 Ⅰ.据报道,我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰(甲烷的水合物)试采获得成功。甲烷是一种重要的化工原料。 ‎ ‎(1)甲烷重整是提高甲烷利用率的重要方式,除部分氧化外还有以下两种:‎ 水蒸气重整:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　ΔH1=+205.9 kJ·mol-1　 ①‎ CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)‎ ΔH2=-41.2 kJ·mol-1　②‎ 二氧化碳重整:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH3　③‎ 则反应①自发进行的条件是____________________,ΔH3=____________kJ·mol-1。 ‎ 13‎ Ⅱ.氮的固定一直是科学家研究的重要课题,合成氨则是人工固氮比较成熟的技术,其原理为N2 (g)+3H2 (g)2NH3(g)。‎ ‎(2)在不同温度、压强和相同催化剂条件下,初始N2、H2 分别为0.1 mol、0.3 mol时,平衡后混合物中氨的体积分数(φ)如图所示。 ‎ ‎①其中,p1、p2 和p3 由大到小的顺序是____________,其原因是____________________________　。 ‎ ‎②若分别用vA(N2)和vB(N2)表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率,则vA(N2)________vB(N2)(填“>”“<”或“=”)。 ‎ ‎③若在‎250 ℃‎、p1 为105 Pa条件下,反应达到平衡时容器的体积为‎1 L,则该条件下B点N2 的分压p(N2)为　Pa ‎ ‎(分压=总压×物质的量分数,保留一位小数)。‎ Ⅲ.以连二硫酸根(S2)为媒介,使用间接电化学法也可处理燃煤烟气中的NO,装置如图所示:‎ ‎(3)①阴极区的电极反应式为　______________________________。 ‎ ‎②NO吸收转化后的主要产物为N,若通电时电路中转移了0.3 mol e-,则此通电过程中理论上吸收的NO在标准状况下的体积为________ mL。 ‎ Ⅳ.常温下,将a mol·L-1的醋酸与b mol·L-1Ba(OH)2 溶液等体积混合,充分反应后,溶液中存在‎2c(Ba2+)=c(CH3COO-),则该混合溶液中醋酸的电离常数Ka=________(用含a和b的代数式表示)。 ‎ ‎【解析】Ⅰ. (1)该反应ΔH>0、ΔS>0, ΔH-TΔS<0能自发进行,所以在高温条件下反应①‎ 13‎ 能自发进行;‎ CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　ΔH1=+205.9 kJ·mol-1　 ①‎ CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)‎ ΔH2=-41.2 kJ·mol-1　②‎ 根据盖斯定律①-②得CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH3=ΔH1-ΔH2=‎ ‎+205.9 kJ·mol-1+41.2 kJ·mol-1=+247.1 kJ·mol-1;‎ Ⅱ.(2) ①温度相同时,增大压强,N2 (g)+3H2 (g)2NH3(g)平衡正向移动,所以压强越大氨的体积分数增大,p1、p2 和p3 由大到小的顺序是p1>p2>p3;‎ ‎②压强越大、温度越高,反应速率越快;A点压强、温度都低于B,所以vA(N2) p2>p3　温度相同时,增大压强,化学平衡向正反应方向移动,故平衡混合物中氨的体积分数越大则对应压强越大 ‎② <　③8.3×103　Ⅲ.(3)①2S+4H++2e-S2+2H2O　②1 344　Ⅳ.‎ ‎【加固训练】‎ ‎1.(工业流程与化学原理的综合)亚铁氰化钾[K4Fe(CN)6]俗名黄血盐,可溶于水,不溶于乙醇。在化学实验、电镀、食品添加剂、烧制青花瓷时绘画等方面有广泛应用。以某电镀厂排放的含NaCN废液为主要原料制备黄血盐的流程如下:‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)常温下,HCN的电离常数Ka=6.2×10-10。‎ ‎①实验室配制一定浓度的NaCN溶液时,将NaCN溶解于一定浓度的NaOH溶液中,加水稀释至指定浓度,这样操作的目的是　_________________________。 ‎ ‎②浓度均为0.5 mol·L-1的NaCN和HCN的混合溶液显________(填“酸”“碱”或“中”)性,通过计算说明 ____________________。 ‎ ‎(2)滤渣1的主要成分是________　(填化学式)。 ‎ ‎(3)转化池中发生复分解反应生成K4Fe(CN)6,说明其能反应的理由:‎ ‎ ______________________________　。 ‎ 13‎ ‎(4)系列操作B为 ____________________　。 ‎ ‎(5)实验室中K4Fe(CN)6可用于检验Fe3+生成难溶盐KFe[Fe(CN)6],生成的盐又可用于治疗Tl2SO4中毒,试写出上述治疗Tl2SO4中毒反应的离子方程式 ‎ ____________________。 ‎ ‎(6)一种太阳能电池的工作原理如图所示,电解质为铁氰化钾[K3Fe(CN)6]和亚铁氰化钾[K4Fe(CN)6]的混合溶液。‎ ‎①则K+移向催化剂________(填“a”或“b”); ‎ ‎②催化剂a表面发生反应:　____________________。 ‎ ‎【解析】(1)由HCN的电离常数知,HCN是弱酸,NaCN为强碱弱酸盐,溶液中CN-水解使溶液呈碱性。①配制一定浓度的NaCN溶液必须抑制CN-水解。②因Kh===1.6×10-5>6.2×10-10,即CN-的水解常数大于HCN的电离常数,所以溶液呈碱性。‎ ‎(2)反应器中发生的主要反应的化学方程式为6NaCN+FeSO4+CaCl2Na4Fe(CN)6+CaSO4↓+2NaCl,硫酸钙微溶于水,操作A是过滤,所得滤渣1的主要成分是硫酸钙;加入碳酸钠除去溶液中少量的钙离子,滤渣2的主要成分是碳酸钙。‎ ‎(3)经过滤后在滤液中加入KCl可转化成K4Fe(CN)6,4KCl+Na4Fe(CN)6K4Fe(CN)6↓+4NaCl,说明相同温度下K4Fe(CN)6溶解度小于Na4Fe(CN)6。‎ ‎(4)加入KCl得到K4Fe(CN)6沉淀。将K4Fe(CN)6沉淀分离出来需经过滤、洗涤、干燥等操作。‎ ‎(5)实验室中K4Fe(CN)6可用于检验Fe3+,检验Fe3+反应的离子方程式为K++[Fe(CN)6]4-+Fe3+KFe[Fe(CN)6]↓;难溶盐KFe[Fe(CN)6]可用于治疗Tl2SO4中毒,离子反应方程式为 KFe[Fe(CN)6]+Tl+TlFe[Fe(CN)6]+K+。‎ ‎(6)①由图可知,电子从负极流向正极,则a为负极,b为正极,则K+移向催化剂b;②a为负极,发生氧化反应,则催化剂a表面发生反应:[Fe(CN)6]4--e-[Fe(CN)6]3-。‎ 答案:(1)①抑制CN-水解 　②碱 ‎ 13‎ Kh==‎ ‎===1.6×10-5>6.2×10-10,即CN-的水解常数大于HCN的电离常数,所以溶液呈碱性 ‎(2)CaSO4 ‎ ‎(3)相同温度下K4Fe(CN)6的溶解度小于Na4Fe(CN)6‎ ‎(4)过滤、洗涤、干燥 ‎(5)KFe[Fe(CN)6]+Tl+TlFe[Fe(CN)6]+K+ ‎ ‎(6)①b　 　②[Fe(CN)6]4--e-[Fe(CN)6]3-‎ ‎2.中科院一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯,甲烷在催化作用下脱氢,在气相中经自由基偶联反应生成乙烯,其反应如下:‎ ‎2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)　ΔH>0‎ 化学键 H—H C—H CC C—C E(kJ·mol-1)‎ a b c d ‎(1)已知相关化学键的键能如上表,甲烷制备乙烯反应的ΔH=________(用含a、b、c、d的代数式表示)。 ‎ ‎(2)T1温度时,向‎1 L的恒容反应器中充入2 mol CH4,仅发生上述反应,反应过程中0～15 min CH4的物质的量随时间变化如图1,测得10～15 min时H2的浓度为1.6 mol·L-1‎ ‎①0～10 min内CH4表示的反应速率为________mol·L-1·min-1)。 ‎ ‎②若图1中曲线a、曲线b分别表示在温度T1时,使用质量相同但表面积不同的催化剂时,达到平衡过程中n (CH4)的变化曲线,其中表示催化剂表面积较大的曲线是________(填“a”或“b”)。 ‎ 13‎ ‎③15 min时,若改变外界反应条件,导致n(CH4)发生图中所示变化,则改变的条件可能是________(任答一条即可)。 ‎ ‎(3)实验测得:v(正)=k正c2(CH4),v(逆)=‎ k逆c(C2H4)·c2(H2)其中k正、k逆为速率常数仅与温度有关,T1温度时k正与k逆的比值为________(填数值)。若将温度由T‎1升高到T2,则反应速率增大的倍数v(正)________v(逆)(选填“>”“=”或“<”);判断的理由是__　　 。‎ ‎(4)科研人员设计了甲烷燃料电池并用于电解。如图2所示,电解质是掺杂了Y2O3与ZrO2的固体,可在高温下传导O2-‎ ‎①C极的Pt为________极(选填“阳”或“阴”)。 ‎ ‎②该电池工作时负极反应方程式为_________________________　。 ‎ ‎③用该电池电解饱和食盐水,一段时间后收集到标准状况下气体总体积为112 mL,则阴极区所得溶液在‎25 ℃‎时pH=____________　(假设电解前后NaCl溶液的体积均为500 mL)。 ‎ ‎【解析】(1)2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)　ΔH>0,反应为吸热反应,焓变为正值,反应焓变ΔH=反应物总键能-生成物总键能=(8b-c-4b‎-2a)kJ·mol-1=+(4b-c-‎ ‎2a) kJ·mol-1;‎ ‎(2)①T1温度时,向‎1 L的恒容反应器中充入2 mol CH4,仅发生上述反应,测得10～15 min时H2的浓度为1.6 mol·L-1,物质的量为1.6 mol,反应达到平衡状态,此时消耗甲烷物质的量1.6 mol,0～10 min内CH4表示的反应速率v===0.16 mol·L-1·min-1;‎ ‎②若图1中曲线a、曲线b分别表示在温度T1时,使用质量相同但表面积不同的催化剂时,达到平衡过程中n(CH4)的变化曲线,催化剂表面积越大反应速率越快,达到平衡所需时间越短,其中表示催化剂表面积较大的曲线是b;‎ ‎③15 min时,若改变外界反应条件,导致n( CH4‎ 13‎ ‎)发生图中所示变化,物质的量随时间变化减小,说明平衡正向进行,反应为气体体积增大的吸热反应,升高温度或减小压强,平衡正向进行,符合图象变化;‎ ‎(3)v(正)=k正c2(CH4),v(逆)=k逆c(C2H4)·c2(H2)其中k正、k逆为速率常数仅与温度有关,温度不变平衡常数不变,反应达到平衡状态时,正逆反应速率相同得到,T1温度时k正与k逆的比值=K,测得10～15 min时H2的浓度为1.6 mol·L-1,‎ ‎2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)‎ 起始量(mol·L-1) 2　 0　 0‎ 变化量(mol·L-1) 1.6　 0.8　 1.6‎ 平衡量(mol·L-1) 0.4　 0.8　 1.6‎ K==12.8,反应为吸热反应,升温平衡正向进行,正逆反应速率增大,正反应增大的倍数大于逆反应增大的倍数v(正)>v(逆);‎ ‎(4)①甲烷燃料电池用于电解,通入甲烷的电极为原电池负极,通入氧气的电极为原电池的正极,D电极为阴极,C为阳极;‎ ‎②原电池负极电极反应是甲烷失电子生成二氧化碳,传导离子是O2-,该电池工作时负极反应方程式为 CH4-8e-+4O2-CO2+2H2O;‎ ‎③用该电池电解饱和食盐水,一段时间后收集到标准状况下气体总体积为112 mL,物质的量n==0.005 mol,为生成的氢气和氯气,n(H2)=n(Cl2)=‎ ‎0.002 5 mol,结合电极反应计算,2H++2e-H2↑,溶液中氢离子浓度减少=增加的氢氧根离子浓度=×2=0.01 mol·L-1,结合离子积常数计算得到氢离子浓度=(mol·L-1)=10-12(mol·L-1),计算溶液pH=12。‎ 答案:(1)+(4b-c‎-2a) kJ·mol-1‎ ‎(2)①0.16　②b　③升高温度或减小压强 ‎(3)12.8　>　温度升高,k正增大的倍数大于k逆 ‎(4)①阳　②CH4-8e-+4O2-CO2+2H2O 13‎ ‎③12‎ 13‎